水量变化分析-给排水管道工程技术

无论是城市居民还是村镇居民，用水量都是变化的，每天用水量都不同，即使在同一天在不同时刻用水量都是变化的。居民生活用水量随着气候条件、生活习惯、节假日等而发生变化，夏季比冬季用水量多，节假日在家用水量比平日多，然而节假日在外用水量又比平日少，一天内用水量高峰期主要出现在早上、中午和晚上，其余时间相对较少。工业企业用水量也不是一成不变的，随着生产工艺更新、产品数量调整、工作制度、设备更换等因素影响，用水量时时都在发生变化。国家相关部门或行业制定的用水定额，只是一个长期统计的平均值，涉及整个国家。但在具体的给水工程设计时只是其中一个局部地方，用水定额的选用非常关键，因为用水定额的高低直接涉及供水规模、工程造价和未来在一定时期内当地的经济社会发展。因此，非常有必要了解和认识供水对象的逐日逐时用水量变化规律，以便合理地确定供水系统构筑物的设计流量，既满足用水对象在各种用水情况下对供水的要求，又避免浪费过多。

1.3.2.1　基本概念

由于室外给水工程服务区域较大，卫生设备数量和用水人数较多，且一般是多目标供水（如城市居民、工业、公用事业、商业和村镇居民与乡镇工业等方面），各种用水参差不齐，用水高峰相互错开，使用水量能在以小时为计量单位区间内基本保持不变的可能性较大。因此，为了降低给水工程造价，室外给水工程系统设计只需要考虑日与日、时与时之间的差异，即逐日逐时用水量变化规律。实践证明，这样考虑既可使室外给水工程设计安全可靠，又可使其经济合理。

由于用户用水量是时刻变化的，设计用水量只能按一定时间范围内的平均值进行计算，通常用以下方式表达：

（1）平均日用水量，即规划年限内，用水量最多的年总用水量除以用水天数。该值一般作为水资源规划和确定城市设计污水量的依据。

（2）最高日用水量，即用水量最多的一年内，用水量最多的一天的总用水量。该值一般作为取水工程和水处理工程规划和设计的依据。

（3）最高日平均时用水量，即最高日用水量除以24，得到的最高日平均时用水量。

（4）最高日最高时用水量，用水量最高日的24h中，用水量最大的1h用水量。该值一般作为给水管网工程规划和设计的依据。

为了反映用水量逐日逐时的变化幅度大小，在给水工程中，引入了两个重要的特征系数——时变化系数和日变化系数。

1.日变化系数Kd

在一年中，每天用水量的变化可以用日变化系数表示，即最高日供水量与平均日供水量的比值，称为用水量的日变化系数，常以Kd表示，其数学表达式为

或者

式中 Qd——最高日用水量，又称最大日用水量，m3/d，是一年中用水量最多一日的用水量，设计给水工程时，是指在设计期限内用水最多一日的用水量，一般作为给水取水与水处理工程规划和设计的依据；

——平均日用水量，m3/d，是一年的总用水量除以全年供水天数所得的数值；设计给水工程时，是指设计期限内发生最高日用水量的那一年的平均日用水量；

Qy——全年用水量，m3/a。

2.时变化系数Kh

在一日内，每小时用水量的变化可以用时变化系数表示，即最高日最高时供水量与该日平均时供水量的比值，称为用水量的时变化系数，常以Kh表示，其数学表达式为

式中 Qh——最高时用水量，又称最大时用水量，m3/h，是指在最高日用水量日内用水最多1h的用水量，一般作为给水管网规划与设计的依据；

Qh——平均日用水量，m3/h，是指最高日内平均每小时的用水量。

从上式可以看出，Kd、Kh反映了一定时段内用水量变化幅度大小和用水量的不均匀程度。Kd反映逐日变化情况，反映了年内的用水量变化情况，是制水成本分析的重要参数；Kh反映逐时变化情况，是用来确定供水泵站和配水管网设计流量的重要参数；Kd及Kh可根据多方面长时间的调查研究统计分析得出的。

3.Kd及Kh的取值

（1）城市Kd及Kh的取值。在城市供水设计中，城市供水的时变化系数Kh、日变化系数Kd应根据城市性质和规模、国民经济和社会发展、供水系统布局，结合现状供水曲线和日用水变化分析确定。在缺乏实际用水资料情况下，最高日城市综合用水的时变化系数Kh宜采用1.2～1.6，大中城市用水比较均匀，Kh值较小，可取下限，小城市可取上限；日变化系数Kd宜采用1.1～1.5，个别小城镇可适当加大，《城市给水工程规划规范》（GB 50282—98）给出了各类城市用水量的日变化系数Kd的范围，见表1.3.7。

表1.3.7　各类城市的日变化系数

(www.xing528.com)

（2）村镇Kd及Kh的取值。日变化系数、时变化系数应根据镇（乡）村的规模、聚居形式、生活习俗、经济发展水平和供水方式，并结合现状供水变化情况分析确定。在缺乏实际用水资料情况下，综合用水的日变化系数和时变化系数宜按以下规定确定。

1）日变化系数。日变化系数宜采用1.3～1.6，规模较小的供水系统宜取较大值。

2）时变化系数。

a.全日供水工程的时变化系数，可按表1.3.8确定。

表1.3.8　全日供水工程的8时变化系数

注 企业日用水时间长且用水量比例较高时，时变化系数可取较低值；企业用水量比例很低或无企业用水量时，时变化系数可在2.0～3.0范围内取值；用水人口多、用水条件好或用水定额高的取较低值。

b.定时供水工程的时变化系数，可在3.0～4.0范围内取值，日供水时间长、用水人口多的取较低值。

1.3.2.2　用水量时变化曲线

用水量变化系数只能表示一段时间内最高用水量与平均用水量的比值，要表示更详细的用水量变化情况，就要用到用水量变化曲线，即以时间t为横坐标和与该时间对应的用水量Q（t）为纵坐标数据绘制曲线。根据不同目的和要求，可以绘制年用水量变化曲线、月用水量变化曲线、日用水量变化曲线、小时用水量变化曲线和瞬时用水量变化曲线。

给水管网工程设计中，要求管网供水量时刻满足用户用水量，适应任何一天中24h的变化情况，经常需要绘制小时用水量变化曲线，特别是最高日用水量变化曲线。绘制24h用水量变化曲线时，用横坐标表示时间，纵坐标也可以采用每小时用水量占全日用水量的百分数。采用这种相对表示方法，有助于供水能力不等的城镇或系统之间相互比较和参考。

1.城镇用水量时变化系数

图1.3.1　某大城市最高日用水量变化曲线

1—用水量时变化曲线；2—二级泵站设计供水曲线；3—平均时用水量变化曲线

图1.3.2　某市郊区用水量变化曲线

当用水人数较多，卫生设备完善程度较高，各用户用水时间相互错开，用水量的时变化系数较小，相对比较均匀，这主要集中在大型城市中。用水人数较少，用水定额较低，工业企业较多的中小城镇，由于用水时间相对集中，用水量时变化系数较大。

2.工业企业用水量时变化系数

图1.3.3　工业企业职工生活用水量时变化曲线

工业企业生产用水量逐时变化情况，主要随企业的生产性质、工艺流程、设备等因素决定，实际设计中应该通过调查相关类似的工业企业，分析综合确定。

用水量变化曲线是长期统计资料整理的结果，统计资料越大，统计范围越广，统计数据越完善，用水量时变化曲线与实际用水情况越接近。对于新建的给水工程，用水量变化规律只能按接近工程所在地区的气候、人口、居住条件、生活习惯、工业发展情况等因素，参考附近城市的实际用水资料综合确定。对于扩建工程，应进行实地调查获得用水量变化规律的资料。